某轎車高速行駛后排轟鳴聲改善研究

張強 李守魁 畢金亮 趙晶寶 陳曉梅

摘要：本文針對某前置后驅轎車高速行駛時車內后排出現的轟鳴聲，從激勵源、傳遞路徑和響應三個方面進行了影響因素分析，論證了變速箱標定、排氣消音結構、傳動系動不平衡、后副車架襯套隔振和車身局部結構對轟鳴聲的影響，制定了有效可行的解決方案，使轟鳴聲降低8dB（A），主觀評價轟鳴聲消失。

關鍵詞：轟鳴聲;滑摩;排氣;傳遞路徑;聲固耦合

中圖分類號：U461.4

文獻標識碼：A

文章編號：1005-2550（2019）06-0014-05

The Study on Improving Booming Noise in Back Row of Vehicle at

High Speed

ZHANG Qiang"， LI shou-kuit， BI Jin-liang”， ZHAO jing-?bao"？， CHEN Xiao-mei+2（ 1.China FAW Group Co.， Ltd， Changchun 130013 China ; 2. State Key Laboratory ofComprehensive Technology on Automobile Vibration and Noise & Safety Control， Changchun?130011 China）

Abstract： Aiming at the booming noise in back row of a FR layout car at high speed， The?paper analyzed the influence factors from three aspects： excitation source， transmission path?and response， and the effects of gearbox calibration， exhaust muffler structure， dynamic imbalance?of transmission system， vibration isolation of rear sub-frame bushing and local?structure of body on the booming noise are demonstrated， effective and feasible improvement?measures are formulated. The booming noise was reduced by 8 dB （A） to an acceptable level?subjectively.

Key Words： Booming noise; Slip; Exhaust; Transfer Path; Acoustic-structural Coupling

張強

畢業于哈爾濱工業大學本科學歷現就職于中國第一汽車股份有限公司研發總院，任整車NVH性能控制主管，主要從事汽車NVH性能開發工作。

引言

隨著生活品質的快速提升，人們對汽車舒適性的要求也隨之提高，振動噪聲作為舒適性的重要內容之一，已成為人們購買車輛與否的重要判斷依據和車輛使用過程中的重要關注點。車內轟鳴聲是汽車噪聲問題中常見的一種，汽車在封閉狀態下，車內空氣作為彈性體會形成許多振動模態，受到發動機激勵或路面激勵時，車身某些鈑金的振動頻率與密閉空氣的固有模態頻率一致，會產生很強的耦合，空氣產生體積變化，使車內產生很高的壓力脈動，引起人耳不適，甚至出現頭暈、惡心等癥狀，嚴重影響乘坐舒適性。【1】

1問題概述

某前置后驅轎車在車速90～110km/h之間加速行駛時，后排乘員感受到強烈壓耳的轟鳴聲。針對該現象進行客觀測試，以手動模式6檔全油門加速工況進行數據采集，車速覆蓋90～130km/h，發動機轉速從1500r/min升至2300r/min，后排噪聲測試結果如圖1所示。分析結果表明，轟鳴聲發生的發動機轉速范圍是1600～1950r/min，由發動機2階激勵引起。

2轟鳴聲影響因素分析

該車的轟鳴聲發生在高檔位、低轉速、變速箱鎖止時刻，激勵源主要包括動力總成自身激勵和排氣管口噪聲。變速箱鎖止時，動力總成激勵變大，一部分通過懸置傳遞到車體;一部分通過傳動軸、后橋、后副車架傳遞到車體;另一部分通過排氣管、排氣吊耳傳遞到車體。共同作用激起車身結構局部模態，并與乘員艙聲腔模態、以及傳遞到車內的排氣口噪聲發生聲固耦合，在后排處形成壓耳的轟鳴聲，整個傳遞過程如圖2所示。

2.1動力總成激勵影響分析——自動變速器鎖止及滑摩控制策略

自動變速箱鎖止離合器滑摩控制技術，是通過對鎖止離合器摩擦片上壓緊力的調節，實現鎖止離合器微小滑摩的精確控制。當鎖止離合器存在微小滑摩而非完全鎖止時，一部分動力經液力傳動，另一部分經鎖止離合器機械傳動。液力傳動和機械傳動聯合作用，可以很好的平衡傳動系.的傳動效率和抗振緩沖性能，使鎖止領域得到充分的擴展，而這其中的關鍵就在于鎖止點、滑摩差和滑摩區間的確定。

下圖3為該轎車手動模式最高檔加速時，鎖止狀態和滑摩狀態（滑摩差50r/min）車內后排2階噪聲對比。滑摩狀態2階噪聲在整個轟鳴轉速范圍內降低約10dB（A），主觀評價車內后排轟鳴聲消失。

試驗結果表明，通過滑摩和優化鎖止點，能有效衰減動力總成扭振激勵，解決車內轟鳴，但考慮到油耗和動力性，決定從其他路徑解決。

2.2排氣系統噪聲影響分析

分析圖4中的排氣管口噪聲測試結果，2階噪聲1400-2250r/min范圍內存在明顯峰值，與轟鳴聲發生的發動機轉速范圍相符。圖5的排氣吊耳受力測試結果顯示，7個排氣吊耳的受力在發動機轉速1700-2000r/min之間都明顯增大，推斷是由于排氣脈沖氣流激起排氣系統模態后，從排氣吊耳、吊鉤傳遞到了車身。

結合CAE仿真分析和試驗手段，對排氣后消內部結構和尾管進行多輪優化及驗證，最終確定圖6（b）中的排氣后消方案，使轟鳴聲在峰值處下降4dB（A）左右，如圖6（c）所示。

2.3傳動軸1階振動影響分析

在轟鳴聲解決過程中，發現部分問題車輛后排噪聲頻譜圖（跟蹤發動機轉速）中，除了2階噪聲，1.72階噪聲也存在問題，經過速比計算，與傳動軸1階相對應，其主要由傳動軸旋轉過程中自身動不平衡引起。優化傳動軸動不平衡量由47g.cm降低至8g.cm，結果如圖7（a）所示，差速器殼體上監測到的傳動軸1階振動明顯變小達到目標，車內后排1.72階噪聲消失，轟鳴聲下降2.7dB（A），如圖7（c）所示。確定車內后排1.72階噪聲，是由傳動軸動不平衡量過大導致1階振動大，通過差速器殼體、后副車架傳遞到車身再到車內。其大小在一定轉速范圍內達到甚至超過車內后排2階噪聲，由于兩個階次噪聲相鄰較近形成“拍”，使得2階轟鳴聲進一步增大。

2.4傳遞路徑影響分析

對傳遞路徑進行排查測試和分析，發現發動機懸置、傳動軸中間支撐、排氣吊耳的隔振和車身的隔聲能力都達到既定的開發目標，且在對應的頻率未發現異常，但后副車架襯套在問題轉速范圍內隔振效果較差。

為了抑制動力總成激勵從傳動軸、差速器、后副車架到車身的傳遞，后副車架襯套的隔振起著關鍵作用，為提高襯套隔振量，對剛度參數進行優化，如表1所示，優化后隔振量變化情況如圖8所示，在發動機轉速1900r/min以內襯套隔振量明顯提升，車內后排2階噪聲在1900r/min以內降低2dB（A）左右。

2.5響應分析

分析車身側后副車架安裝點、排氣吊耳安裝點到后排耳旁的力一聲傳遞函數試驗結果，發現60Hz附近響應較大，如圖9所示。進一步分析車身的聲腔模態與聲固耦合模態，車內駕駛員座椅位置安裝中低頻體積聲源，前后縱梁對角位置安裝電磁式激振器，同時進行激勵，試驗結果如圖10所示，60Hz左右車身后左、后右側圍局部振動大，車內空腔后部和行李箱聲音大。

通過CAE對車身側排氣吊耳安裝點-后排外耳進行NTF仿真分析，以及車身板結構貢獻量分析，結果如圖11所示，識別出車身結構的主要問題為：排氣吊鉤剛度低，NVH傳遞路徑貢獻大;后輪罩區域空腔存在聲振耦合現象;頂蓋后橫梁模態頻率接近問題頻率。針對這三項問題制定措施：排氣后部吊鉤結構更改;后輪罩外板車內側加阻隔材料;頂棚后橫梁增加質量塊。經實車驗證，轟鳴聲在峰值處下降3dB（A）左右，如圖12所示。

3改善方案及效果

自動變速器滑摩和鎖止控制策略的調整，對耐久性、動力經濟性和駕駛性影響較大，且考慮到該項目的開發周期，不能作為該車轟鳴聲的解決措施。從其他激勵源、以及路徑和響應方向尋求解決方案，包括：優化排氣消聲器和尾管結構、后副車架襯套剛度降低50%、排氣吊鉤剛度提升至3500N/mm;頂棚后橫梁加2kg質量塊;后輪罩外板車內側填充阻隔材料，控制好傳動系動不平衡量不大于10g.cm，使后排轟鳴聲在峰值處降低了8dB（A），如圖13所示，主觀評價轟鳴聲消失。

4結論

（1）本文研究了該車高速行駛時的后排轟鳴聲，是由自動變速箱鎖止和排氣消聲能力不足引起的多激勵源、多傳遞路徑、多響應的聲振耦合問題。

（2）通過試驗和CAE仿真相結合，能夠快速有效且針對性地從激勵源、傳遞路徑和響應三個方面對轟鳴聲進行問題分析和方案論證。

（3）轟鳴聲有時只從源、或傳遞路徑、或響應的優化就可解決，有時卻需綜合多方面解決。

參考文獻：

[1]龐劍，諶鋼，何華汽車噪聲與振動-理論與應用[M]，北京理工大學出版社2006.6.

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[3]胡建軍，秦大同，蔣小華.液力變矩器鎖止離合器及滑差控制[J].重慶大學學報，2004，27（2）：1-5.

[4]謝碩，丁玉蘭，吳光強，等.汽車液力傳動系統滑摩離合器設計[J].同濟大學學報，2001，29（12）：1420-1424.

[5]劉永軍，許超楠，張秀明，等.傳動軸動平衡對其振動特性影響分析[J].汽車工程師，2015，（12）：39-41.

專家推薦

劉浩：

文章對某前置后驅車的后排的轟鳴聲問題，從激勵源、傳遞路徑和響應三個方面進行了分析與驗證，確定了問題的根源在于離合器的鎖止過程的振動激勵，鑒于開發時間等限制，最后對傳遞路徑，車身等多處實施了被動降噪方案，解決了問題。內容與過程是解決汽車NVH問題的典型案例，具有參考價值。